设计型学习：学校创客教育实践模式新探*

黄利华，包 雪，王佑镁，李 伟

(1.江西省电化教育馆 研究部，江西 南昌 330046 ；2.温州大学 教育信息化研究所，浙江 温州 325035 )

设计型学习：学校创客教育实践模式新探*

黄利华1，包 雪2，王佑镁2，李 伟2

(1.江西省电化教育馆 研究部，江西 南昌 330046 ；2.温州大学 教育信息化研究所，浙江 温州 325035 )

由于忽视学科整合设计和实践模式创新，学校创客教育日益显现出泡沫化与空心化倾向。设计型学习以“设计”作为学习中介，学习者基于复杂的真实性问题，通过“设计”过程创造学习制品以达成明确的学习目标，对于创客教育具有独特的创新性和适切性。该文通过整合双循环探究模型，建构了创客教育的设计型学习流程，凸显了学习与设计的迭代循环，突出了创客教育的“复杂性”和“探究性”，并结合国内外案例分析，进一步阐述了学科创客教育中设计型学习的实现路径，以推动创客教育与日常学科教学深度融合，为学校创客教育实践提供了一种具体操作模型。

设计型学习；创客教育；双循环探究模型

创客，简单来说就是把自己想到的东西想办法去制造出来的人。作为西方DIY文化的体现，创客随着制造新技术和网络新经济的显现而“迅速走红”，世界各地创客空间也随之蓬勃发展。教育领域也不例外，“创客空间”甚至作为一种“预测性”新技术连续两年被国际知名的《地平线报告》列入其中，并预言“创客空间”将成为促进教育学习变革的数字策略之一。而这仅仅是创客兴起与流行的一个方面。随着“大众创业、万众创新”国家战略的推进，创客已经从旧车间、地下室、咖啡室、老厂房、简易教室、实验室等走出来，步入政府、行业、社会、学校的视野，仿佛一夜之间，人人都是创客、处处皆为创客空间！STEM教育、机器人教学、综合实践活动课迅速被所谓创客教育所替代，创客与创客教育俨然成为最时髦的标签！教学模式创新成为学校开展创客教育亟需解决的关键问题。

一、创客教育亟需实践模式创新

真正意义上的创客源于西方“黑客”，代表的是一种源于草根、精于制造的DIY文化潮流，在美国，创客是社会发展的必然产物，有根深蒂固的教育文化环境，有非常完善的教育技术配套条件。而在中国，创客到目前为止仍然只是少数技术爱好者的代名词，众多的创客其实是“伪创客”；创客教育甚至是机器人教育、信息技术教育或者STEM教育的“翻新”，源于些许民间智慧、文化差异、教育反思与创新期待，国内创客是由民间创建、草根发起、国外引领、政府定位、平台转变、行业助推而形成，随后在社会服务平台、图书馆、产业园区、教育等领域得到迅速推广，逐步形成燎原之势。由于缺乏教育文化积累和教育环境支撑，事实上，看似繁荣的创客教育，其实空心化严重，比如盲目让学生去学习开源电路板、大量采购3D打印、机器人等进课堂等，甚至3D打印一度成为创客教育的代名词。余胜泉教授认为，当前创客教育发展出现了“大跃进”“泡沫化”苗头，表现为“不遵循教育规律，缺乏科学的教育设计，过分关注技术的炫酷等，缺乏基础性学科知识融合注入，使得创客教育变成学校秀场等”[1]。

从字面意义来看，创客(Maker)强调的是一种“动手、分享、问题解决”的行为和精神，映射到教育领域，创客教育是以推动创客精神为核心任务，以创客空间为主要场所，以现代信息技术为主要工具，融合STEAM等多学科、跨学科知识，通过创客项目的创意、设计和实施的完整过程，实现培养学生想象力、创造力和动手解决问题能力的教学活动。可以看出，相对于传统课堂学习，创客教育实际上是借助现代信息技术和个人化制造工具、开源软硬件，实现了由通常的“知、行”统一甚至于是单纯的“知”进化为“知、行、创”的统一[2]。

因此，从这个意义上看，创客教育并非传统的“第二课堂”，也非“综合实践活动”课程，并非一门“学科化”的课程，而是一种新的教育理念和模式，这种教育新理念需要融合于学校教育系统和课程要素。学校开展创客教育，避免泡沫化和空心化，需要进行学科整合教学模式创新。对于学校创客教育而言，无论是“创客的教育”(Maker Education)，还是“创客式的教育”(Maker Based Education)，核心在于强调“动手、分享、创造”的创客文化理念，并应用创客的理念与方式去融入并改造学科教育教学[3]。而日益兴起的设计型学习(Learning by Design)，为创客教育融入日常学校教育提供了可操作的参考模型。

二、设计型学习与创客教育

(一)设计与设计型学习

设计型学习的核心在于“设计”，国际著名人工智能专家西蒙提出，设计是一种以将现存情形改变成想望情形为目标而构想行动方案的过程[4]，设计过程本身就是一种创造性的问题解决活动，设计型学习中以“设计”作为探究学习的中介，学习者基于复杂的真实性问题，通过“设计”过程创造学习制品以解决明确的学习需求。基于设计过程的循环探究特质，设计型学习可以视为探究性学习的一种类型。研究者[5]归纳了设计型学习的一般过程：“挑战性任务——教师给学生提出挑战任务发散学生思维；整合型思维——学习者将各科知识进行整合，回忆利用已学的知识，设计能反映主题的制品；迭代性设计——再通过新学的知识，重新加以修改和设计”。可以看出，创客教育和设计型学习在探究过程上有共同的取向——是一个制品设计与迭代的过程。对于创客教育而言，好的创客项目必须满足当前的实际需求，在解决问题的过程中运用设计思想，学生获得能够用在各个研究领域以及日常生活中的知识和社会技能，极大提高了学科学习的兴趣和积极性[6]。

(二)设计型学习的特质

与研究性学习等教育模式不一样，设计型学习作为一种具体的探究性学习样式(Pattern)，可以作为创客教育融入日常学科教育教学的一种具体实现方式。设计型学习本质上批判性地继承和集成了研究性学习和项目式学习的优点，更加突出了创客教育实践的“工程性”和“创新性”、强化了创客能力训练的“复杂性”和“劣构性”、落实了创客学习过程的“探究性”和“体验性”。

在设计型学习过程中，通过基于真实的制品的设计、过程、模型、系统、结构的创制等，创客教育的“工程性”表现在：“教师给学生提出挑战任务发散学生思维，将工程制造知识进行整合，设计能反映主题的项目，再通过新学的知识，重新加以修改和设计”。创客教育的“创新性”表现在：“学生能够获得能够用在各个研究领域以及日常生活中的知识和技能，包括：批判性地思考问题；独立查找相关信息；创造性地把信息应用到具体需求中；测验想法的有效性；从错误中学习并拿出新的解决办法；与他人合作并且民主决策”。创客技能训练的“复杂性”表现在：设计型学习过程初始一般设计一些“框架”，如挑战任务、概念、标准等，但这些只是一些准则并没有束缚学生思维，反而可以使学生以此为中心发散思维；强化了创客技能训练的“劣构性”；从现代教学论的观点来看，设计型学习过程就是发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的过程，注重问题意识的形成与培养，注重激发学生活跃的思想、求异思维和创造思维，以及学生敢于探索，勇于创造和追求真理的科学精神；突出了创客教育的“探究性”；学习者在创客实践活动或具体案例的分析中通过学习者亲身参与和互动，对情感、行为、事物和策略的内省体察，从而掌握技能、策略，形成能力和某些行为习惯，继而建立某些情感、 态度、观念的过程，“体验性”蕴涵于创客教育过程之中。

三、基于设计型学习的创客教育操作流程

(一)设计型学习与创客教育的整合

如此看来，借由创客空间发生的设计型学习，创客教育能够成为切入日常学校教育、推动教育改革创新的一种有效模式。纳基(Moholy Nagy)指出，“设计”综合了各种因素，学生在课堂中整合多门学科的知识去“设计”课程作品，所以它在教育中应用也就具有了整合多学科的特点[7]。祝智庭教授把创客教育视为是一种“Learning by Doing”的升级版，是对已有实践导向、创新导向的各类教育样式的继承与发展[8]，其理论基础是建立在多种成熟的教育理念之上，例如体验教育、项目教学法、创新教育、DIY(Do It Yourself)理念[9]，上述分析可以看出，创客教育与设计型学习在理念基础、目标诉求和迭代过程上均具有高度的协同性。

作为一种探究性教学，创客教育中引入设计型学习(Design-based Learning)，凸显创客项目的“设计”和“问题解决”属性，强调学生参与到真实的设计中，有意义地学习学科知识和设计技能[10]，这一整合设计与学习的新范式强调了学习过程与知识创新的有机结合，突出了创客教育中的“复杂性”和“创新性”。学校创客教育通过融合设计型学习，极大提升了学生的STEM技能，而且采用设计型学习方式“同时发展学生的更多核心素养和关键能力，如学习能力、信息能力、合作能力、创新能力等，这也是当前国际上教育教学追求的共同目标”。

(二)创客教育的设计型学习流程

从学校教学实践来看，大部分探究性教学都采用“剧本式探究”(Scripted-inquiry)方式，而不是真实的探究，直接影响了教学实效性[11]。受此影响，当前不少学校的创客教育仍采用这种“剧本性探究”，这会造成知识的复杂性和过程的体验感的缺失，无法实现教学过程与创新学习的有机结合。学者和学界也意识到“剧本式探究”在学生教学中的局限性，提出了双循环探究模型[12]，如图1所示。

图1 设计型学习的双循环探究模型

依据设计的复杂性和探究性，克洛德纳(Kolodner)的双循环探究模型构建了两个循环——调查研究和由理解挑战、需求新知、规划设计、展示成果、评估分析构成的设计循环，该模型借鉴设计的特质，使学习处在一个不断的设计——再设计的循环中，突出了设计型学习的迭代循环和探究属性[13]。

从图1可以看出，设计型学习活动始于左边的设计/再设计循环顶部的理解挑战，包括两个基本的循环环节：一是设计/再设计循环，该循环涉及成功完成设计挑战任务的活动；二是调查/探索循环，由于挑战任务的成功完成离不开探究活动，当学生参与设计挑战而需要了解某个新事物时，受到激励去调查，该循环就自然参与进来。图1中的“需要做”和“需要知道”实质上是学习者感知特定情境中的问题，也是学习者必须应对的“挑战”；“如何做”“如何知道”，这就需要学习者进入下一步的设计行动中。可以看出，在结构不良的问题解决过程中，学习会反复地在这两者之间展开设计行动。

基于此，在创客教育中，教师通过整合复杂设计过程的项目来为学生创设挑战性任务，通过循环迭代的探究过程，“驱动学生去创造能够反映主题、概念和标准的有形学习制品，从而在一个互动的环境中学习工程知识和技能，在问题解决中促进信息的回忆和再利用，在制品制作中学习创造逻辑联系”；在展示和分享作品过程中，进行类比和反思，并在最高水平上进行批判性思考。为使设计型学习的过程更清晰，借鉴克洛德纳(Kolodner)的双循环探究模型构建了如图2所示的流程图。

图2 创客教育的设计型学习流程

在这样的学习中，学生的挑战性任务往往是从一个实际的需求或者问题出发，先建立起问题/需求解决的标准，再针对面临的挑战进行一系列调查探究活动获得他们需要知道的知识和技术，进而设计出初步方案/作品，然后通过互动讨论，评估其可行性和趣味性，找出潜在的约束条件、发现新的问题……如此形成循环，不断迭代不断完善。每个循环都整合了多学科知识、设计制造、合作交流，也都涉及各种实践操作、反馈与分享、反思与展示，这将逐步提高学习者对学科知识概念的理解和实践技能的掌握。正因为如此，上海创客空间负责人李大维把创客教育归结为一种探究性学习文化和问题解决过程[14]。

四、案例分析

上述分析表明，通过整合设计型学习，提倡学习与设计的循环迭代，创客教育为学生在复杂环境中的学习提供了更有效的方法，通过利用实物操作和技术设计，锻炼了学生的设计思维和创造能力，使学生体验概念建构过程，培养了学习者的创新能力和合作能力，这与当代创新创业教育的目标诉求完全一致。下面以两个课程案例为例进行阐释。

(一)案例1：“睡眠监测仪”项目

“睡眠监测仪”项目是谢作如老师在浙江省温州中学主持的创客学习活动[15]。项目活动来源于实际的问题：智能手环监测睡眠不准确，比如将手环静置于枕头旁边时，手环监测结果是睡眠质量很好，这与现实不符。于是，活动内容是从教师的智能手环出发，学生与教师共同去设计与开发一款更加精准的专门化的睡眠监测仪，活动具体内容如图3所示。

图3 “睡眠监测仪”活动过程

在“睡眠监测仪”项目中，学生从理解挑战开始，对智能手环的监测功能原理及算法进行探究，并进行第一次设计和尝试，完成电子原型设计和算法编辑。然后，学生对他们的成果进行展示和评价，并分析其不足之处及接下来要解决的问题。至此，学生经历了第一次的探究循环和设计循环。针对上一步发现的问题，学生需要进行再一次的探究活动，并根据探究的结果进行第二次设计，完成3D打印外壳，并使用SD卡记录数据。接下来，对当前设计评价并提出新的要求，这是第二次双循环。最后，根据评价结果确立的标准的挑战任务进行第三次探究并完善作品，这是第三次双循环。所以，在“棉花糖挑战”中，设计/再设计与调查/探究的双循环进行了三次。后续若有其他的想法需要更改设计则还需进行更多次的探究和再设计，因此，可能进行的双循环次数也更多。

(二)案例2：“可持续发展”课程项目

“可持续发展”课程是美国亚特兰大市城市高中的一个项目，由美国学者克罗德娜主持设计并实施[16]，要求学生运用可持续发展的概念及世界其他地方的成功经验来完成亚特兰大可持续发展的项目——“一贯作业项目”，内容是遵循城市规划原则，借助案例为亚特兰大流域管理部门设计一份解决潜在问题的方案。课程的具体过程如图4所示。

图4 “可持续发展”项目活动过程

在“可持续发展”课程项目中经历了四次双循环。学生同样是从理解挑战开始，了解可持续发展的概念、学生所处社区的环境问题及利益相关者的角色，然后开始探究什么是城市规划并设计出初始方案并评估，这是第一次双循环；接下来根据评估发现的问题或限制条件对方案进行探究——设计的迭代循环，直到做出自己较满意的设计，这次又经历了两次双循环；再接着学习其他案例的成功经验来对自己的方案进行再调整。最后，问题落到学生为社区做贡献上面，学生需要评估自己所在的社区并为社区设计、创建公园，在这个实际问题的解决中又经历了一次甚至更多次探究——设计的双循环过程。

五、结语

本文基于目前愈演愈烈的创客教育现状，提出整合设计型学习的双循环探究模型，建构学校创客教育实践模式，推动创客教育有效融合日常学科教育教学，通过国内外的两个案例分析，剖析了创客教育融合多轮次循环的设计型学习，促使学生从实际问题出发解决问题，再针对新生成的问题探究新的解决方案，最终形成较为完善的作品/方案，发展了学生的创新性和问题解决能力。这表明，设计型学习是适应学生创新能力和问题解决能力的一种新模式，与创客教育的宗旨与诉求完全一致。

[1]余胜泉.警惕创客教育泡沫化[DB/OL]. http://www.edu777.com/redian/2015/1008/13369.html,2016-07-10.

[2]陈琳.智慧教育创新实践的价值研究[J].中国电化教育,2015,(4):15-19.

[3]杨现民,李冀红.创客教育的价值潜能及其争议[J].现代远程教育研究,2015,(2):23-34.

[4]Simon, H.A.The sciences of the artificial. Cambridge[M].MA: MIT Press,1999.16.

[5]王佑镁,李璐.设计型学习——一种正在兴起的学习范式[J].中国电化教育,2009,(10):12-16.

[6][10]Yaron Doppelt, Matthew M. Mehalik, Christian D. Schunn, Eli Silk, Denis Krysinski. Engagement and Achievements: A Case Study of Design-Based Learning in a Science Context[J]. Journal of Technology Education,2008,19(2):30-39.

[7]同济大学建筑设计基础教研室.建筑形态设计基础[M].北京:中国建筑工业出版社,1981.63.

[8]祝智庭,孙妍研.创客教育:信息技术使能的创新教育实践场[J].中国电化教育,2015,(1):14-21.

[9]祝智庭,雒亮.从创客运动到创客教育:培植众创文化[J].电化教育研究,2015,(7):5-13.

[11]Kolodner, J. L., Crismond, D., Gray, J., Holbrook, J., & Puntambekar,S.. Learning by Design from theory to practice[A]. A. S. Bruckman, M.Guzdial, J. L. Kolodner, & A. Ram. Proceedings of the International Conference of the Learning Sciences[C].Charlottesville, VA:AACE,1998.223-229.

[12][13]Kolodner, J.L.. Facilitating the Learning of Design Practices:Lessons Learned from an Inquiry into Science Education[J]. Journal of Industrial Teacher Education, 2002,39: 9-40.

[14]李大维.创客教育,让青少年触摸真实的世界[EB/OL]. http://blog.sina.com.cn/s/blog_6611ddcf0102vfp5.html,2016-08-12.

[15]谢作如,杨洁. 创客空间中的设计型学习——以“睡眠监测仪”项目为例[J].教育与装备研究,2016,(6):29-33.

[16]曹东云,谢利民.一种设计型学习的教学设计框架[J].外国中小学教育,2012,(12):56-60.

Learning by Design: A New Study on Maker Education Practice Model in Schools

Huang Lihua1, Bao Xue2, Wang Youmei2，Li Wei2
(1.Department of ETD & R, Jiangxi Province Centre of Audio-Visual Education, Nanchang Jiangxi 330046; 2.Institute of e-Learning, Wenzhou University, Wenzhou Zhejiang 325000)

Maker Education has increasingly shown the tendency of foam and hollow because of neglect of practice model innovation and integration discipline design. Based on complex questions of authenticity, design based learning make “design” as a learning intermediary. In this learning model, the learner can create learning products to achieve speci fi c learning goals through the process of “design”，which creates a unique innovation and relevance on maker education in schools. By integrating the model of double cycle inquiry in design based learning, this study built the process of design based learning in maker education, which highlights the iterative loop of learning and design, as same as the “complexity” and “inquiry” of maker project; At the same time this paper expounds the paths of design based learning in maker education by cases analysis. This study can promote the depth fusion of maker education and daily discipline teaching, and provides a speci fi c operation model for school maker education.

Design-based Learning; Maker Education; Double Cycle Inquiry Model

G434

A

黄利华：中学高级，研究方向为信息技术教育应用(361136160@qq.com)。

包雪：在读硕士，研究方向为信息技术教育(528680302@qq.com)。

王佑镁：教授，博士，硕士生导师，研究方向为数字化学习、数字化阅读(wangyoumei@126.com)。

2016年8月12日

责任编辑：宋灵青

1006—9860(2016)11—0018—05

* 本文系浙江省高等教育课堂教学改革研究项目“基于支架理论的IEPR循环型课堂教学模式创新与实践”(项目编号：kg2013376)研究成果。